向海洋要石油
我们已经知道,石油是重要的海洋资源,它不仅蕴藏在大陆架,还蕴藏在海洋深处。
在高科技的今天,人们运用海洋工程技术,把海洋石油开采出来,是刻不容缓的事情。
开采海洋石油,早期是采用固定式的钻探平台,现在发展为移动式平台。
移动式平台有三种,1953年开始使用的是自升式钻探平台。自升式平台,我们在电影中、在图片中经常见到。它像一只庞大的桌子,“桌腿”是一组钢柱,在拖航时,把“腿”提升,到作业区时,放下柱腿,插进海底,任凭风浪起,“我自岿然不动”。然后,根据需要,升降钢柱,使平台升高到波浪打不到的高度。在平台中央安装有钻探机,石油工人在平台上进行操作。
钻探机有一个长长的钻杆,在它的下端装有一个能转动钢齿的钻头,钻杆转动时带动钻头旋转,钻入地下,凿穿岩在高科技的今天,人们运用海洋工程技术,把海洋石油开采出来,是刻不容缓的事情。
开采海洋石油,早期是采用固定式钻探平台,一直钻到油层。随着钻孔的加深,可接长钻杆。油井钻成后,把油管装入孔内,石油就会沿油管流出,再通过输油管道流进贮油罐。开始,石油在周围天然气和水的压力下自动从井里喷出,过一段时间后,就必须用泵抽取。自升式钻探平台主要是在90米左右水深的大陆架使用。
半潜式平台是专为开发较深水域海底石油而设计的。它没有“腿”,是由甲板和浮筒连接组成,拖航时,浮筒浮在水面,到作业地点后,使甲板往水中沉到规定的深处,这样就可以钻探了。第一艘半潜式平台叫“蓝水”号,是1960年下水的。
半潜式钻探平台可在超过300米水深的海域工作。为了在更深的海底开采石油,现在使用一种钻井船。钻井船能像船一样航行在海上,作业时用锚泊固定,钻机安装在船的中央。因为钻井船是用锚固定,所以稳定性较差。
为了防止船由于潮流和海流的影响,偏离作业点,在船上安装了电脑控制装置和可用360°转动的推进器,使船随时稳定在作业区。
钻井船曾在水深7000米的海底钻过井。
1973年3月27日,在英国北海海面上,“杰兰”号石油钻井平台日间作业已结束,人们正在电影厅里悠然地看电影。
突然,海面上,狂风骤起,掀起7米多高的巨浪,冲击着石油钻井平台。
当时,人们并不担忧,因为“杰兰”号的台墩和浮筒都很坚实,不怕狂风巨浪的威胁。
突然,巨大的石油平台震颤了一下,接着,又是一阵震颤,随着就是一声巨响,电影厅一下子倾斜40度,坐椅都向一边滚去。这一切来得太突然,人们还没有清醒过来,“杰兰”号石油平台倾翻在海中了。
这是怎么回事?后来,经专家分析,平台的倾翻不是它挺不住狂风巨浪,而是由于海洋金属腐蚀引起的。原来,为了在一根横梁上固定一台定位的电子装置,工人曾在横梁上面钻了一个小洞,由于海水长久腐蚀,小洞扩大成一条27厘米长的裂缝,造成平台倾翻在海浪中。
由此可见,海里金属腐蚀和海面上常见的狂风巨浪、急流冲击,常常会给石油钻井平台和钻井船带来严重的后果,因此,科学家正在试验海底石油钻井的新技术。
海面的波浪强度大,随着深度增加,波浪强度会迅速减小。在一二百米深的海底,基本上没有波浪的冲击,所以,科学家们把原来安装在平台上的井口装置放到海底去,这样,既可以去掉复杂的海上平台设施,又十分安全。
石油工人可乘小型潜艇下海,通过遥控装置操纵海底采油装置和阀门、管道等。开采出来的石油,由管道送到停泊在海面上的浮筒内,再送上油轮,运回陆地。
开采天然气,通常是用管道输往陆地。新技术是使天然气在海上就地转换成液化天然气,然后再往外运输,这样,开采设备规模小、成本低。
向海洋要淡水
大概在地球上没有一个人会不熟悉水。生命离不开水,人体含有水约占体重的2/3。一个人的生命,每天起码需用2升水来维持,工农业生产离不开水,庄稼成长要靠水来浇灌。生产1千克猪肉,要用4500—8500升水,造一辆汽车要用5000升水,全世界一昼夜耗水量是70亿吨。
人类生活和工农业生产需要的水是淡水,可是,占地球表面71%的水中,97.2%是海洋中的水,实际上能利用的淡水,只占世界水总量的0.63%。
随着世界人口的增加和生活水平的提高,随着工农业生产的发展,世界淡水用量正以每年4%的速度急剧地增加。据统计,近20年来,世界不少地区供水不足,目前估计有12亿人口缺水。
这怎么办?唯一的办法是向海洋要水。
可是,海水平均含有3.5%的盐分,不能使用。人喝了海水,会渴上加渴,引起机体脱水。用海水浇灌农作物,农作物会“腌死”。有些靠海的浅滩地常由于海水的浸渍而变成盐碱地,几乎寸草不长。在工业上也不能用海水,因为海水含有大量的矿物盐类,不合纯度要求,如果用来烧锅炉,会生成厚厚的锅垢,损坏锅炉。
这该怎么办呢?办法是使海水淡化,把海水中的盐分与水分开。
蒸发法是海水淡化最简单的方法,就是将海水加热蒸发,再将水蒸气冷却,提取淡水。太阳能蒸馏淡化装置就是使用这种方法。
太阳能蒸馏淡化装置,像一座座矮小的房子,屋顶用玻璃或透明塑料板组成,可以使阳光透过,照射在海水上。海水变热蒸发,水蒸气上升后,碰到玻璃会凝结成水滴,收集到两旁的淡水槽中。
蒸发法还有许多种,目前世界90%的海水淡化装置是由多级闪急蒸发法生产的。闪急蒸发法是给加热了的海水施加高压,然后突然降压,使水在瞬间蒸发的方法。所谓多级就是把许多蒸馏器串联起来,让压力下降几次使水蒸发。
《旧约圣经》里有这样一段记载:先知摩西带领以色列人从红海走到阿拉伯一个叫书珥的旷野,在旷野里走了三天都找不到水。后来,到了一个叫玛拉的地方,那儿的水苦也不能喝,大家都向摩西抱怨道:“我们喝什么呢?”
摩西向天主呼求,天主让他看到一棵树,他把这树丢在水中,水就变甜了。
离子交换树脂,我们对它已不太陌生,它就是科学家手中的“摩西神树”,用它放在海水中,它可以像海绵吸水那样,吸附出海水中的盐分,使海水变成淡水。
用离子交换树脂使海水淡化的方法叫离子交换法,这种方法适应于海洋上的遇难人员应急之用。
海水淡化还有一种方法是电渗析法,就是在海水淡化装置中插入两根电极,在两极之间放入一种特种薄膜。这样就把海水淡化装置隔成三室,一个叫阳极室,一个叫阴极室,一个叫中间室。当接通电源后,奇迹就会发生,海水中的盐分会向两个电极“靠”去,使得两个极室的海水愈来愈浓,而中间室的海水逐渐被淡化。这种方法适用于中小型淡化厂,我国西沙永兴岛上的海水淡化站,是目前世界上最大的电渗析淡化装置,每天生产淡水20多吨。
在自然界有这样一种膜,它只能透过水分子,不能透过其他物质,科学家把这种膜叫做半透膜。动植物的细胞膜都是半透膜,如干大豆放在水中浸泡后会膨胀,就是因为水通过细胞向干果内部渗透的结果。
利用半透膜可以淡化海水,这种方法叫反渗透法。用人造半透膜把水和海水分开。海水是盐水溶液,水分子会透过膜渗透到海水中,使海水稀释,并且产生一种压力,叫渗透压。然后,向海水加一个压力,大于渗透压,这时,海水中的水分子就会被挤出海水,透过半透膜,到纯水这边来。
反渗透法脱盐效率高。近年来,各国都在研究、推广应用,是一种前途诱人的方法。在1978年到1982年期间,世界已建成21家日产300吨以上的反渗透海水淡化厂。
向海洋要水,一些国家生奇想,把漂浮在南太平洋的南极冰山,用船拖来,让它融化掉,供人类利用。一座小冰山可供几十万人的城市用一年,初步试拖,已取得成功。
有了海水淡化技术,海洋就成了人类取之不尽用之不竭的淡水库。
煮海成盐新技术
相传东海龙王的三女儿琼莲不甘龙宫的寂寞,经常带着丫环梅香偷偷浮出海面,到海边游玩。
一天晚上,月光皎洁,琼莲和梅香又来到景色优美的海边。忽然传来悦耳的琴声,她们俩人被琴声吸引,来到一间草舍,只见一个小伙子在灯下低头弹琴,弹得潇洒有力,琼莲听得出神。
后来,小伙子发现窗外月光下,有位亭亭玉立的姑娘,喜出望外,他把琼莲请进草舍内,在一起谈论乐曲,两人越说越投机,约定下次中秋在海边相会。第二年中秋,那个叫张羽的小伙子很早到了海边,可是,等到天黑都没见到琼莲,他筋疲力尽倒在一块石头边,伤心地哭了起来。原来,龙王为了阻止女儿溜出龙宫,把她锁在西宫。这时,琼莲也万分焦急,情急中,忽然想出了一个计策。她叫梅香把宫中的三件镇海宝贝:铁杆、银锅和金钱偷出来,交给张羽。
张羽得到了镇海宝贝后,取了三块石头和干柴,支起银锅,舀满海水,丢下金钱,烧了起来。锅里水花水泡上下翻滚,大海也像开了锅。没有多久,海水快被烧干了,龙宫里一片哭叫声。老龙王被烧得两眼冒火,口干舌燥。
最后没有办法,老龙王只得爬到海边,向张羽求饶,答应放出三女儿琼莲,让他们结婚,一对有情人终成眷属。故事毕竟是故事,张羽煮海是为了娶东海龙王的女儿。现在,人们“煮海”是为了从海水中取得盐。
煮海为盐就是把海水取上岸来,放在铁锅等设备内,用火烧,待海水烧开后,蒸发出水汽,使海水浓缩成苦卤,再使苦卤继续蒸发,蒸发到最后,食盐就会变成一粒粒像冰糖一样的晶体,从海水中跑出来。世界历史学家们公认,中国是最早从海水里提取食盐的国家。据文物考证,早在5000年前,我们的祖先已经用海水煮成食盐了,相传历史上有个风砂氏,他是跟神农氏同时代的人,也是首先煮海为盐的人。
从海水中制取盐的另一种方法是滩晒法。滩晒制盐的地方是盐田,一般建在海滩边,借用海滩逐渐升高的坡度,开出一片像扶梯似的一级一级池子。
利用涨潮,或用风车或泵抽取海水到池内。海水流过几个池子,随着风吹日晒,水分不断蒸发,海水中的盐浓度愈来愈高,最后让浓盐进入结晶池,继续蒸发直到析出食盐晶体。
在我国,滩晒法最早出现在元代,到了清朝康熙年间,大规模开辟华北长芦盐区,开始大面积滩晒食盐。其他国家海水制盐的方法基本上和我国相似。有趣的是,美国实现专利法时,第一个专利就是滩晒食盐的工艺,滩晒法经济有效,到现代还在广泛采用。
现在我国有40多万制盐工人,随着现代化的机械操作,加上科学管理,海盐生产逐年上升,每年可以生产海盐近2000万吨,占食盐总产量的80%,居世界第一位。
在制盐方法上,还有一种是冷冻法。在瑞典和前苏联等国家,他们让海水天然冷却成冰,冰几乎由淡水组成,剩下来的是苦卤,就是浓盐水。让苦卤经过几次冰冻,得到的盐水越来越浓,最后,再用人工加热的方法得到食盐晶体。这种方法只能在冬天生产,其产量不高。
海底家居